【摘 要】
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塑料在给人类带来众多便利的同时,也带来了一系列环境污染问题,使用绿色环保的生物降解塑料成为了改善塑料污染问题的有效途径之一。但目前的生物降解塑料存在着成本高昂、力学性能差、功能化缺乏等诸多问题,这极大限制其广泛应用。茶籽粉(CSP)是油茶籽榨油过程中的副产物,是由剩余的油茶饼粕经研磨后得到的,其综合利用问题一直是茶油产业发展的瓶颈之一。CSP表面富含活性官能团,并含有一定量的油脂,如能将CSP引入
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塑料在给人类带来众多便利的同时,也带来了一系列环境污染问题,使用绿色环保的生物降解塑料成为了改善塑料污染问题的有效途径之一。但目前的生物降解塑料存在着成本高昂、力学性能差、功能化缺乏等诸多问题,这极大限制其广泛应用。茶籽粉(CSP)是油茶籽榨油过程中的副产物,是由剩余的油茶饼粕经研磨后得到的,其综合利用问题一直是茶油产业发展的瓶颈之一。CSP表面富含活性官能团,并含有一定量的油脂,如能将CSP引入生物降解塑料以制备生物降解复合材料,不仅可以降低可生物降解塑料的成本,而且还能实现其功能化应用。基于此,本文以聚乳酸(PLA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为基体树脂,以CSP为功能性填料,采用熔融共混的方式制备PLA/PBS/CSP复合材料,并通过3D打印及孔洞结构设计,实现其在有机染料吸附中的功能化应用。具体研究内容和结论如下:首先,分析了CSP的理化性质;并将CSP与PLA、PBS进行熔融共混,制备了PLA/PBS/CSP复合材料,研究了CSP含量对复合材料体系结构和性能的影响。结果表明,CSP的加入可以提高复合材料的相容性,复合材料的冲击强度和断裂伸长率也随CSP含量的增加而增加,当CSP添加量为30 phr时,提升幅度分别达44.31%和148.42%;同时,CSP能够起到异相成核的作用,提升材料的结晶度;CSP的存在降低了复合材料的粘度,提高了材料的流动性,有利于熔融加工成型,但过量CSP的存在会阻碍PLA和PBS分子链的运动。其次,将不同CSP含量的PLA/PBS/CSP共混物制备成3D打印线材,并通过熔融沉积成型(FDM)打印出分析测试模型,研究了CSP含量对3D打印的PLA/PBS/CSP复合材料结构和性能的影响,并探讨了其对不同模拟污染物的吸附效果。结果表明,3D打印试样的拉伸强度与注塑试样的拉伸强度有较大差距,但可通过增加打印流量来提升其拉伸强度;经熔融共混后的复合材料上仍存在CSP的主要官能团,具有功能化应用的潜力;3D打印骨架对亚甲基蓝(MB)和孔雀石绿具有一定的吸附效果,对罗丹明B吸附效果一般,对曙红B和刚果红吸附效果较差,对甲基橙则无吸附效果。最后,为进一步提高PLA/PBS/CSP复合材料的吸附性能,将致孔剂PVA与PLA、PBS、CSP进行熔融共混并制备成3D打印线材,通过FDM打印出分析测试模型,并通过溶剂浸出的方法进行造孔,研究了造孔剂PVA对3D打印骨架结构和性能的影响,并就其对不同模拟污染物的吸附效果进行评价,重点探讨了其对MB的吸附行为。结果表明,PVA能够作为3D打印吸附材料的有效造孔剂,可在3D打印的骨架中形成较多的孔洞结构,从而提升了其亲水能力;除甲基橙外,造孔后的3D打印骨架对不同模拟污染物的吸附效果皆有提升,对罗丹明B吸附效果提升最大;多孔3D打印骨架对MB的吸附过程是一个自发进行的吸热过程,遵循伪二级动力学模型,Freundlich等温吸附模型适用于描述吸附过程;吸附的过程可能涉及π-π堆叠以及氢键和静电力的共同作用。
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